Істотний внесок італійського вченого Галілео Галілея (1564-1642) в астрономію, фізику, математику і філософію змушує багатьох називати його батьком сучасної науки. За новаторські теорії, які вплинули на сьогоднішнє розуміння Сонячної системи і нашого місця в ній, вчений заплатив високу ціну.
Його відкриття повністю перевернули уявлення людей про устрій світу, призвели до серйозного конфлікту з католицькою церквою і знецінення його досягнень майже на 200 років. Стаття розповість про важливі відкриття та ідеї великого італійця.
Геометричний і військовий компас
В епоху Відродження багато винахідників робили спроби розробити універсальний інструмент, який був би придатний для виконання арифметичних розрахунків і геометричних операцій. Особливо гостро необхідність у такому інструменті відчувалася у військовій галузі, де технологія виготовлення вогнепальної зброї вимагала все більш точних математичних знань. Щоб задовольнити цю потребу, 1597 року Галілей зконструював геометричний і військовий компас.
Цей складний і універсальний обчислювальний інструмент складався з трьох частин:
- двох ніжок, гравірованих шкалами і скріплених шарніром;
- градуйованого квадранта, який кріпився за допомогою гайок до отворів у ніжках компасу;
- затискаючи, вставленого в одну з ніжок і здатного тримати інструмент у вертикальному положенні.
За допомогою компаса Галілея стало можливим виконувати всі види арифметичних і геометричних операцій, у тому числі вилучення квадратних і кубічних коренів, розрахунок площ і обсягів, малювання полігонів, обчислення відсотків. Компас використовували військові офіцери та інженери, щоб визначити, скільки пороху потрібно для гарматного ядра певного типу.
Закон падаючих тіл
Протягом багатьох століть люди помилково вважали, що більш важкі предмети падають швидше, ніж більш легкі. Галілей досвідченим шляхом довів неспроможність цієї теорії.
Вивчаючи рух падаючих об'єктів, він прийшов до висновку, що у відсутність опору повітря гравітація змушує всі об'єкти (незалежно від їх маси) падати з однаковим прискоренням, а відстань, пройдене падаючим тілом, прямо пропорційно квадрату часу, який потрібен для падіння.
Закон падаючих тіл був новаторським. Всупереч ідеям натурфілєзів того періоду, Галілей стверджував, що тіло не досягає певної швидкості, яка залишається постійною, а продовжує прискорюватися, поки не зіткнеться з землею. Це твердження вірне в тому випадку, якщо не враховувати опір повітря, який може бути дуже значним для деяких об'єктів і при високих швидкостях. Закон падаючих тіл є одним з ключових вкладів вченого у фізику.
Галілей також вперше розробив концепцію про інерцію, згідно з якою об'єкт залишається в спокої або в русі, поки на нього не впливає інша сила. Дослідження Галілея послужили основою для створення Ісааком Ньютоном першого з трьох законів класичної механіки - закону інерції.
Маятниковий годинник
Механічний годинник був добре відомий задовго до Галілея. Найстаріші з збережених годин в Європі датуються приблизно 1386 роком. Однак точність їх показань була далека від досконалості, оскільки в конструкції використовувався маховик, а не маятник.
Внесок Галілея у створення годинника з маятниковим механізмом, який значно підвищував точність ходу, по суті, був теоретичним. Будучи студентом, вчений спостерігав за лампою, що хитається вперед і назад в Пізанському соборі, і зауважив, що час, протягом якого лампа здійснювала одне коливання, не залежав від амплітуди, а значить, маятник можна було використовувати для відліку рівних проміжків часу. Про цей ізохронізм він написав наукову роботу в 1602 році.
Однак ідея використовувати маятник у годинниковому механізмі виникла у Галілея тільки в останній рік його життя. Він створив схему годинника, але помер, так і не завершивши роботу. Син Галілея Вінченцо сконструював годинник за цією схемою, однак не зміг змусити їх працювати надійно. Перший справний маятниковий годинник був продемонстрований нідерландським винахідником Християном Гюйгенсом через 15 років після смерті Галілея.
Телескоп
Одного разу Галілей дізнався про голландського майстра, який використовував звичайні лінзи від окулярів для створення підзорної труби. Незважаючи на те, що труба була лише іграшкою вільної на світських балах, Галілея, як вченого, ця речиця зацікавила. Він вирішив значно вдосконалити прилад і перетворити його на корисний пристрій - телескоп.
Галілей експериментував з установкою лінз, не маючи креслень, і допускав безліч помилок. У його телескопі лінза об'єктива була випуклою, а очна лінза - увігнутою (сучасні телескопи використовують дві випуклі лінзи). З часом вчений навчився самостійно шліфувати оптику, щоб домогтися підвищення збільшувальної сили приладу. Телескоп Галілея мав десятикратну збільшувальну здатність. А через кілька місяців вчений зміг модернізувати лінзи, домігшись 30-тикратного збільшення.
Інноваційний прилад приніс Галілею фінансовий успіх. Він забезпечив своїми телескопами Венеціанський арсенал, який використовував їх як навігаційний інструмент для виявлення ворожих кораблів. За заслуги перед державою Галілею призначили щедру довічну платню.
Неідеальний Місяць
Згідно з панівними в ті часи догмами, Місяць та інші небесні тіла були створені Богом і мали досконалу, гладку форму. Однак, скерувавши свою підзорну трубу на Місяць, Галілей з подивом виявив на її поверхні западини і випуклості, кратери і гори. Планета не була ідеально рівною, а, навпаки, мала шорсткий рельєф, як і Земля, спрощена гірськими хребтами і долинами.
Вчений зробив висновок, який суперечив переконанням авторитетних філософів і представників церкви: якщо поверхня небесного тіла нагадувала Землю, значить, небо і земля не такі вже й різні.
Галілеєві супутники
Завдяки телескопу Галілей зробив ще одне дивовижне відкриття. Спостерігаючи за Юпітером, вчений помітив чотири яскраві зірки на одній лінії з плането.Положення цих об'єктів змінювалося від ночі до ночі: вони то зникали позаду Юпітера, то ставали перед ним.
Через деякий час Галілей зрозумів, що ці об'єкти були супутниками Юпітера і оберталися навколо нього так само, як Місяць обертається навколо Землі. Це було подвійно грандіозне відкриття: по-перше, Галілей виявив чотири нових планети, про існування яких ніхто раніше не знав, по-друге, стався крах діючої моделі світу, згідно з якою всі небесні тіла рухаються виключно навколо Землі. Надалі ця суперечність переросла в серйозне зіткнення з церковними догматами.
Сьогодні чотири яскраві зірки навколо Юпітера відомі як Галілєєві супутники: Іо, Європа, Ганімеда і Каллісто.
Фази Венери і плями на Сонці
У XVII столітті для неозброєного ока земного спостерігача Венера була лише точкою, що світиться. Але телескоп дозволив Галілею побачити її диск. З плином часу цей диск перетворювався на серп. Фази Венери були подібні фазам Місяця, їх геометрію можна було пояснити тільки рухом Венери навколо Сонця. Це спостереження Галілея підтвердило теорію польського астронома Миколи Коперника про те, що всі планети рухаються навколо Сонця, і підірвало ідею про геоцентричну систему світу, згідно з якою нерухома Земля є центром Всесвіту.
У 1613 році Галілей опублікував свої висновки про плями на Сонці. Темні області, які він спостерігав у телескоп, ніби рухалися по поверхні планети. Сучасники Галілея вважали, що це тіні від супутників, проте вчений стверджував, що плями на Сонці - доказ його руху.
Висновки астронома викликали гнів католицької церкви, оскільки йшли врозріз з існуючими на той момент уявленнями про світ.
Конфлікт з католицькою церквою і вимушене зречення від власних поглядів
За часів Галілея католицька церква дотримувалася ідей грецького філософа Арістотеля про заснування світу. Одним з прийнятих переконань був поділ Всесвіту на два типи матерії: небесну і земну. На думку священнослужителів, планети і зірки, як небесні тіла, відрізнялися від Землі - земної матерії, і оберталися навколо неї. Земля ж була центром Всесвіту (геоцентрична система світу).
Уявлення про геоцентричну систему світу пояснилося ще й тим, що Ісус, син Божий, був людиною і жив на Землі. Будучи великим Спасителем, Ісус міг жити тільки в найважливішому місці - центрі всесвіту.
Спостерігаючи за планетами в телескоп, Галілей спростував церковні догми про рух небесних тіл навколо Землі. У 1610 році він опублікував книгу «Зоряний посланець», де розповів про нерівну поверхню Місяця, яка дуже схожа на Землю, і супутники Юпітера, що обертаються навколо нього. У 1613 році вийшла інша його книга про Сонячні плями і фази Венери, яка підтверджувала думку про обертання самого Сонця і планет навколо нього (геліоцентрична картина світу).
Першим, хто висунув ідею про геліоцентричну картину світу, був астроном Микола Коперник. Однак наукові праці 1543 року, що містять умовиводи Коперника, не були настільки популярні серед народу, тому католицька церква не бачила в них небезпеки.
Основний твір Галілея «Діалог про дві системи світу», опублікований 1632 року, не тільки підтримував думку Коперника про те, що Земля обертається навколо Сонця, а й висміював невігластво католицької церкви.
У книзі йшов діалог між трьома персонажами:
- Сальвіаті, який дотримувався поглядів Галілея і Коперника;
- Сагредо, який був розважливим, але не має академічних знань людиною;
- Сімплічіо, який ратував за Арістотелевський (і, відповідно, церковний) погляд на устрій світу.
Сімплічіо був охарактеризований у книзі, як недалека людина, чиї уявлення безнадійно застаріли і не можуть перемогти в дискусії. Подібна метафора образила католицьких священнослужителів. До того ж Галілей дозволив собі ще одну вольність: він написав книгу італійською мовою, а не латиною, що зробило її доступною для кожного жителя країни.
Церква розцінила дії вченого, як непослух, і звинуватила в єресі. Щоб уникнути тортур, Галілей був змушений зректися своїх тверджень про те, що Земля обертається навколо Сонця. Існує відома легенда про те, що, виходячи із залу суду, Галілей прошепотів: «E pur si muove!», що означає: "І все-таки вона крутиться!"
Галілей був засуджений до довічного ув'язнення під домашній арешт, а його книги оголошені поза законом аж до 1835 року.
Життя Галілео Галілея - це історія допитливого розуму, який шукав відповіді на складні питання про пристрій світобудови. Великий італієць показав на своєму прикладі, що людина в змозі пізнати світ, спостерігаючи навколишню дійсність, і пропускаючи спостереження через призму мислення та інтелекту.
Друзі, будьте допитливі! Навколо нас безліч нерозкритих таємниць, нерозгаданих явищ, і хто знає, можливо, саме ваша спостережливість і завзятість допоможуть їх розгадати...